一种提高锂离子电池充电效率的充电方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电池充电技术领域，具体涉及正极由两种或两种W上的活性物质组成 的裡离子电池的充电方法。
【背景技术】
[0002] 随着技术的不断发展和产业链的逐渐完善，裡离子电池在动力领域的应用不断扩 大，因为能量密度高、绿色环保、倍率性能好等优点，成为电动汽车巧V、肥v、raEv)中主要 采用的一类电池。但是，充电时间长、续驶里程短不能满足市场需求也成为阻碍电动汽车发 展的主要瓶颈之一；通常情况下，续驶里程越长，需要的充电时间也越长。因此，如何缩短充 电时间、提高充电效率成为裡离子电池技术改进的一个主要方向。
[0003] 传统的动力裡离子电池的充电方法有很多种，包括恒流恒压充电、分步降电流充 电、恒压限流充电、逐渐降压充电、渐减脉冲充电、模糊控制充电等各种方法。送些充电方法 各有优缺点，实际使用中需要根据电池的具体应用来选用不同的充电方法。
[0004] 恒流恒压充电、分步降流充电、恒压限流充电、逐渐降压充电、渐减脉冲充电的目 的是为了降低电池充电过程中的极化，W对电池充入更多的电量；送些充电方法需要较长 的充电时间，不能满足快速充电的要求。模糊充电方法考虑了电池的温度、电流和电压，通 过历史充电数据来进行模糊化控制。此类方法多根据电池的经验充电特性设计，因为可能 无法与电池原特性匹配，对电池实际充电容量的发挥会有影响。
[0005] 而且送些充电方法也没有考虑电池本身的特性。比如随着各种各样电池正极材料 的实际应用，越来越多的电池中采用两种或更多种的材料混合使用W取长补短来提高电池 的综合性能。目前比较常用的恒流恒压充电方法不能兼顾各种正极材料的倍率性能，统一 使用相同电流对电池进行恒流充电，同时在恒流转恒压转折点的选择上也欠妥，送些因素 造成在一定程度上降低了充电效率。
[0006] 针对上述不足，本发明提供了一种应用于正极由多种活性物质材料组成的裡离子 电池的充电方法，该方法可W提高电池的充电效率，用更短的时间对电池充入更多的电量。
【发明内容】
[0007] 针对上述问题，本发明的目的在于提供一种用于正极由多种活性物质材料组成的 裡离子二次电池的充电方法，W改进现有充电方法的不足，提高电池的充电效率，用更短的 时间对电池充入更多的电量。
[000引为达到W上目的，本发明采用W下技术方案：
[0009] 裡离子电池的正极由i种活性物质组成，其中，i> 2,提高该裡离子电池（待充电 池）充电效率的充电方法包含W下步骤：
[0010] (1)在电池充电限制电压范围内，按电压由低到高分为n段，其中，n>i;第一电 压段的起始电压为低于其结束电压的任一电压值，每一电压段的结束电压是下一段的起始 电压，第n段的结束电压为电池充电限制电压；各电压段中，50%W上的充电电量用于其中 一种活性物质的充电，并且每一种活性物质至少在一个电压段内占据该段50%W上的充电 电量；
[0011] (2)各电压段分别进行恒流充电，所述电流不低于该待充电池的0.Oic充电倍率， 且相邻电压段的充电电流不同；达到一个电压段的结束电压后，W其结束电压进行恒压充 电、或进入下一电压段进行恒流充电、或停止充电。
[0012] 优选地，所述步骤（2)中，恒流充电达到一个电压段的结束电压后，不进行、或进 行一次、或进行多次恒压充电，恒压充电结束电流小于该电压段的恒流充电电流。
[0013] 裡离子电池正极活性物质包括磯酸铁裡、H元材料、儘酸裡、钻酸裡，但不局限于 上述材料。
[0014] 其中，第一个电压段的充电起始电压为待充电池的开路电压该电压与电池测试前 的荷电态相关。
[001引其中，步骤（1)中"50%W上的充电电量用于其中一种活性物质的充电"所指的一 种活性物质在一个电压段中所占充电电量的比例（如，50%W上）通过如下方法计算；用该 活性物质在该电压段的充电质量比容量Q除W各活性物质在该电压段的充电质量比容量 之和SQi,得到该比例；即，在一个电压段内，一种活性物质的充电质量比容量占所有活性 物质的充电质量比容量之和的百分比例。
[0016] 每种活性物质在各电压段的充电质量比容量Q由下式（1)计算得出：
[0017] Q=q*w(1)
[001引其中，q为仅由该活性物质构成正极的电池在该电压段的质量比容量；W为待充电 池中该活性物质的质量百分数。
[0019] q的计算方法为；按与待充电池相同的工艺制作仅由一种活性物质构成的正极的 电池，在该电压段内W不低于0.OlC倍率的同一电流进行恒流充电至该电压段的结束电 压，W获得该活性物质在该电压段的充电电量，用该充电电量除W该活性物质质量，得到该 活性物质在该电压段的质量比容量q。其中，一种活性物质组成的单电极电池在各电压段内 恒流充电电流可不相同，但不同活性物质组成的单电极电池在同一电压段内需采用同一电 流，W进行q的测算。
[0020] 上述不低于0.OlC倍率优选0. 2C-5C，更优选0. 2C-1C。
[0021] 每个电压段的充电过程按电压值由低到高前后接续，直至充电至电池充电限制电 压。
[0022] 上述充电限制电压与活性物质和电解液有关，一般取4. 2V。
[0023] 相邻两个充电过程间有静置过程，静置时间为0-30分钟，优选为0-5分钟。
[0024] 本发明的方法可W提高电池的充电效率，用更短的时间对电池充入更多的电量， 实现电池快速充电。
【附图说明】
[0025] 图1为实施例1中1-1电池按本发明的充电方法进行充电的过程中电压及电流变 化曲线；
[0026] 图2为实施例2中2-1电池按本发明的充电方法进行充电的过程中电压及电流变 化曲线；
[0027] 图3为实施例3中3-1电池按本发明的充电方法进行充电的充电曲线。
【具体实施方式】
[0028] 实施例1:
[0029] 本实施例对一种正极由LiFeP〇4(材料1，质量百分数W= 90% )和LiMri2〇4(材料 2)两种（i= 2)活性物质组成的裡离子电池（下称1-1电池）进行充电。1-1电池中，两种材 料的质量比为LiFeP〇4;LiMn2〇4= 9:1。两种材料的参照电池为；正极材料仅为LiFeP〇4(下 称1-2电池）、W及正极材料仅为LiMri2〇4(下称1-3电池）。H种电池的制造工艺完全相 同。
[0030] 对1-1电池W下述标准充电方法进行充电W确定电池容量；W4A恒流充电至 4. 2V后在4. 2V转恒压充电，充电截止电流为0. 4A。得到电池容量为20.IAh,恒流充电的电 流对应倍率为0. 2C，并W此为基础进行下述方法充电效率的计算。
[0031] 将电池过程的充电电压分为两段（n= 2):第一段为开路电压至3. 95V(电压段 1)，第二段为3. 95V至4. 20V(电压段2)。各阶段的质量比容量q按材料和电压段命名为 QinW不区别。
[0032] 首先，W0. 5C倍率对1-2电池和1-3电池进行充电，1-2电池中，两个电压段内的 质量比容量分别为；Qi1为123. 4mAh/g、及Qi2为2. 9mAh/g，1-3电池中，两个电压段内的质 量比容量分别为：化1为29.ImAh/g、及化2为65. 4mAh/g。根据公式1计算在不同电压范围 内各活性物质的充电质量比容量Q后，其所需的充电电量比例如下表1所示：
[0033] 表1实施例1电池1-1不同电压范围内活性物质的充电电量比例
[0034]
[0035] 在<3. 95V电压段，97. 4%的充电电量用于材料lLiFeP〇4充电，在3. 95V~4. 2V电 压段71. 5%的电量用于材料化iMn2〇4充电。
[0036] 根据上述结果，对1-1电池的充电方法设计如下：
[0037] 1)W10A(0. 5C)电流进行恒流充电，充电截止电压为3.95V;2)3.95V恒压充电， 充电截止电流为5A;3)W15A进行恒流充电，充电截止电压为4. 20V。电池充电过程中的 电流变化和电压变化如图1所示。整个过程中电池共充入18. 9Ah的电量，总充电时间为 110. 8分钟，电池充电效率为50. 9 %A。当充电容量大致相同时，该方法的充电效率要高于 恒流恒压充电方法。
[003引 实施例2 :
[0039] 本实施例对一种正极由Li(Nii/3C〇i/3Mni/3)〇2(材料1)和LiMri2〇4(材料2)两种活 性物质组成的裡离子电池（下称2-1电池）进行充电。2-1电池中，材料质量比为材料I ;材料2 = 20:80。参照电池；正极材料仅为Li (Nii/3C〇i/3Mni/3)〇2 (下称2-2电池）、W及正极 材料仅为LiMn2〇4(下称2-3电池）。H种电池的制造工艺完全相同。
[0040] 对2-1电池W下述标准充电方法进行充电W确定电池容量；W2A恒流充电至 4. 2V后在4. 2V进行恒压充电，充电截止电流为0. 2A。得到电池容量为9. 9Ah，恒流充电电 流对应倍率为0. 2C，并W此为基础进行下述方法充电效率的计算。
[0041] 将电池的充电电压分为H段（n= 3):第一段为开路电压至3. 90V，第二段为 3. 90V至 4. 05V，第H段为 4. 05V至 4. 20V。
[004引Qi。的测算